高考物理試驗(yàn)新考點(diǎn)-定值電阻的應(yīng)用

1、物理實(shí)驗(yàn)備考新考點(diǎn)一定值電阻的應(yīng)用高考物理試題中一直重視實(shí)驗(yàn)題的考查，但由于高考物理只有筆試，許多重要的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc素 養(yǎng)很難有效地進(jìn)行考查，但近年高考試題表明，命題者一直在努力地使對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退仞B(yǎng)的考核滲 透到有關(guān)試題之中， 一直在努力提高實(shí)驗(yàn)考核的有效程度。綜觀近年特別是05和06年的高考試題，電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查的仍然是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)這一基本情景，而電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)無非是電阻測量、電表改裝、 測量電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻等三大基本實(shí)驗(yàn)。在可考查的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本確定的情況下，命題者在對(duì)實(shí)驗(yàn) 能力的考查中如何實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新呢？統(tǒng)計(jì)表明，05年之前的電學(xué)實(shí)驗(yàn)高考題主要是通過電表的創(chuàng)新應(yīng)用考查考生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，很少涉及定值電

2、阻的應(yīng)用，即使涉及，定值電阻的應(yīng)用也不是電路設(shè)計(jì) 的核心；本文將要討論的 05、06年的兩道高考題，通過定值電阻的應(yīng)用深入考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理 與實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新能力以及對(duì)電路的評(píng)價(jià)能力，很好地體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)題的考查功能。本文的分析將表 明，定值電阻的應(yīng)用是值得備考師生注意一個(gè)重要的新考點(diǎn)。例題一：（05全國卷I）測量電源 B的電動(dòng)勢E及內(nèi)阻r （E約為4.5V, r約為1.5 Q）。器材: 量程3V的理想電壓表（V）,量程0.5A的電流表 （具有一定內(nèi)阻），固定電阻R=4Q ,滑線變阻器R,電鍵K,導(dǎo)線若干。畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖。圖中各元件需用題目中給出的符號(hào)或字母標(biāo)出。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電流表讀數(shù)為Il時(shí)

3、，電壓表讀數(shù)為 U；當(dāng)電流表讀數(shù)為I2時(shí)，電壓表讀數(shù)為 U。貝U可以求出 E=, r =。（用Ii, I2, U, U及R表示）答案：實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖。歷 IiU2UiU2 -Ui _ RI 1 - I2I 1 - I2分析：思路1：題給電壓表的量程小于電源的電動(dòng)勢，因此，雖然 題給電壓表為理想電壓表， 但卻不能將電壓表直接連接在電源的 正、負(fù)極間去測量電源的電動(dòng)勢。思路2:考生都做過測量電源電動(dòng)勢與內(nèi)電阻的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，其原理如圖1 1所示，為保護(hù)題給電流表，電路的總電阻應(yīng)該大于R總mn = EIg=9Q ,如不接固定電阻 R,則滑線變阻器 R的最小接入阻值應(yīng)為7.5 Q （不考慮電流表內(nèi)阻，

4、以題給阻值估算，下同），則電壓表的最小示數(shù)應(yīng)為7,5，一 ，一 一一Umin1 =M4.5V =3.75V ,已經(jīng)超過電壓表量程。可見，為了保護(hù)電壓表，必須將固定電7.5 1.5阻R串聯(lián)接入電路。圖1 1KEKE圖1 2圖1-3思路3:如將固定電阻 R串聯(lián)接入后，電路如圖1 2所示，則此時(shí)滑線變阻器 R的最小接入3 5 +4阻值應(yīng)為3.5 Q，但電壓表的最小本數(shù)仍為 U min 2 = 一35二一x 45V = 3 75V ,超過電壓表量 3.5 41.5程。實(shí)際上，由于滑線變阻器R阻值未知，圖1 1和圖12電路，從保護(hù)電壓表的角度來講，并沒有差別。思路4：將固定電阻 R串聯(lián)接入干路，如圖13

5、所示，則此時(shí)滑線變阻器 R的最小接入阻值35仍為3.5 Q ,電壓表的最小本數(shù)為 U min 3 =.X 4.5V = 1.75V，小于電壓表量程。增大3.5 41.5滑線變阻器R的接入阻值，可以較大范圍地實(shí)現(xiàn)電壓表示數(shù)的變化。但在圖1-3所示電路中，如 R的接入阻值過大，將有可能使電壓表示數(shù)超過量程。設(shè)其最大為R,則有Ug =Rmm4 5V，可得R- 11a?？梢?，在圖1 3所示電路中，滑動(dòng)變阻器 Rm 4 15接入電阻取值范圍應(yīng)為 3.511 。由以上分析可知，答案應(yīng)為圖1 3所示電路。正如教育部考試中心在試題分析中所說：“滑動(dòng)變阻器存在一定的變化范圍，實(shí)驗(yàn)是可以進(jìn)行的”。討論：本題是課本

6、實(shí)驗(yàn)“測量電源的電動(dòng)勢與內(nèi)電阻”的變形，電路設(shè)計(jì)中涉及電壓表、電流表的保護(hù)以及誤差分析（由于電流表存在一定的未知數(shù)值的內(nèi)阻，如將電流表接在圖13的干路中，會(huì)造成內(nèi)阻測量的系統(tǒng)誤差，該種電路也是典型錯(cuò)誤之一），求解的關(guān)鍵在于定值電阻的作用與接入位置。該題情景創(chuàng)新，思路靈活，全國抽樣難度為0.288 ,具有相當(dāng)?shù)碾y度，真正體現(xiàn)了 “源于課本，高于課本”的命題原則。值得指出的是，有考生根據(jù)題干最后“用 R表示”的提示判定一定要用到定值電阻，然 后認(rèn)為將定值電阻與內(nèi)阻合并為“等效內(nèi)阻”測量，也可以得到正確電路，這當(dāng)然是違背出題意圖 的“歪打正著”。有省份閱卷組發(fā)布的試卷分析中，評(píng)價(jià)此題“沒有新意，無法

7、考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的 能力”，大概也緣由于此。例題二：（06全國卷I）現(xiàn)要測量某一電壓表（V）的內(nèi)阻。給定的器材有：待測電壓表（V）（量程2V,內(nèi)阻約4kQ）;電流表mA（量程1.2mA,內(nèi)阻約500Q）;直流電源E （電動(dòng)勢約2.4V,內(nèi)阻 不計(jì)）；固定電阻3個(gè)：R=4000Q, Rz=10000Q , R=15000Q ;電鍵S及導(dǎo)線若干要求測量時(shí)兩電表指針偏轉(zhuǎn)均超過其量程的一半。i.試從3個(gè)固定電阻中選用 1個(gè)，與其它器材一起組成測量電路，并畫出測量電路的原理圖。（要求電路中各器材用題中給定的符號(hào)標(biāo)出。）答案：i.ii.電路接通后，若電壓表讀數(shù)為U,電流表讀數(shù)為I ,則電壓表內(nèi)阻 R=ii

8、. 4R1I-U分析：思路1:根據(jù)歐姆定律，可將電壓表與電流表直接串聯(lián)測量電壓表的內(nèi)阻，如圖 21所E 24不。此時(shí)電路中的電流約為I =mA = 0.53mA （以題給阻值估算，下同），此電Rv Ra 4 0.50.5mA）。此電路不符合題流值不足電流表量程的一半，而且超過電壓表能承受的最大電流值（約為 目要求。思路2:注意到題干中強(qiáng)調(diào)“從3個(gè)固定電阻中選用1個(gè)”，如將固定電阻串入干路中，如圖2所示。此電路雖然可能保證電壓表的安全，但電路中電流將會(huì)更小，不合題意。思路3:將固定電阻與電壓表并聯(lián)，如圖23所示。與電路21相比，電路的總電阻將減小，干路電流將增大，電壓表的示數(shù)將減小，在兩個(gè)方面都

9、可能符合題目要求。對(duì)比不同阻值的固定電 阻，對(duì)電壓表來說，阻值越小，示數(shù)越小，電壓表越安全，但可能使電壓表示數(shù)小于量程的一半； 對(duì)電流表來說，阻值越小，示數(shù)越大，越可能超過量程的一半，但也可能超過量程。因而，選擇哪 個(gè)固定電阻，需要綜合考慮上述相互矛盾的多個(gè)因素。先考慮R=4000 Q ,此時(shí)電路總電阻為 R總i=2.5kQ （以題給阻值估算，下同），電壓表示數(shù)為R12 0U1 = E =20*2 4V =1 92V ,可知電壓表安全，且示數(shù)超過量程的一半；電流表示數(shù)為R總 i2.5E 2.4Ii =mA = 0.96mA ,可知電流表安全，且示數(shù)超過量程的一半；綜合考慮，接入固定R 總.2.

10、5電阻R符合題目要求。此時(shí)即可確定正確答案，但不妨再充分考慮接入另外兩個(gè)固定電阻的情況。再考慮 R=i0000a , 此時(shí)電路總電阻為 區(qū)9 = R2Rv+Ra = 3.357k。，電壓表示數(shù)為r2 rv TOC o 1-5 h z R并 22 857U2 =2 E = 2.857 M 2 4V =2 04V ,可知電壓表是不安全的；電流表本數(shù)為 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document R總 23.357E 2.4I2 = =mA = 0.71mA ,可知電流表安全，且示數(shù)超過量程的一半。接入固定電阻 RR總 23.357不能符合題目要求。對(duì)R=15

11、000a來說，由上述分析可知，僅在電壓表的安全方面已經(jīng)不可能符合題目要求。計(jì)算可得此時(shí)電路總電阻為 R總= 3.658kC ,電壓表示數(shù)為U 3 = 2.07V ,電流表示數(shù)為13 = 0.66mA 。 3討論：本題是常見實(shí)驗(yàn)“測量電表內(nèi)阻”的變形，電路設(shè)計(jì)涉及電壓表、電流表的保護(hù)以及題 目對(duì)指針偏轉(zhuǎn)的要求，求解的關(guān)鍵在于搞清不同固定電阻接入后的不同影響。本題通過對(duì)定值電阻的選用，將陳題翻新，具有一定的難度。但從數(shù)據(jù)上看，出題者精心設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)關(guān)系，降低了題目難度。根據(jù)筆者以上的分析可以看出，如果綜合調(diào)整題目中電源、電表的有 關(guān)數(shù)據(jù)，完全可能讓小阻值電阻接入后，電壓表示數(shù)小于量程的一半或讓電流表

12、示數(shù)超過量程；也 可能讓大阻值電阻接入后，電壓表示數(shù)超過量程或讓電流表示數(shù)小于量程的一半。當(dāng)然，這樣題目 的難度就太大了。但不可否認(rèn)，由于定值電阻的應(yīng)用，結(jié)合電學(xué)實(shí)驗(yàn)的常規(guī)考點(diǎn)（如測量原理的變化、電表的保護(hù)等），出題者可以創(chuàng)設(shè)足夠新穎的考查情景，深入地考查考生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。而且，?實(shí)踐上看，對(duì)于難度的調(diào)控，出題者也可以通過多種手段（如例1中不給出滑動(dòng)變阻器的最大阻值,例2中設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)關(guān)系、放棄滑動(dòng)變阻器的應(yīng)用等）做到收放自如。另外，由于本題定值電阻 R是正確選擇，而 R的相關(guān)電路運(yùn)算又比較簡單，許多從思路上無從 下手的考生可能直接選用 R嘗試，在對(duì)題意缺乏深入理解的情況下，將題目解對(duì)，這必將在一定程 度上影響此題的區(qū)分度。對(duì)比上述05、06年的兩道高考試驗(yàn)題，雖然基本情景差異較大，但相似之處甚多。對(duì)比兩題的 題干，不難發(fā)現(xiàn)它們基本相同的考查方式；特別是出題者的立意，都是充分借助定值電阻這一創(chuàng)新 考點(diǎn)，半定量地考查考生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方法的遷移能力，考查考生對(duì)所設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)能 力，考查考生獨(dú)立設(shè)